(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素に対して所定の割合でボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有する蒸着源を準備する工程と、
アーク放電法により、前記蒸着源から前記炭素並びに前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を蒸発させ、所定の基板上に堆積させて前記炭素並びに前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含む炭素フォイルを形成する工程と、を具え、
前記炭素フォイル中の、前記炭素の含有割合が６０重量％〜９０重量％であり、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方の含有割合が４０重量％〜１０重量％であることを特徴とする、炭素フォイルの作製方法。
【請求項２】
前記アーク放電法は、ＤＣアーク放電法又はＡＣ／ＤＣアーク放電法であることを特徴とする、請求項１に記載の炭素フォイルの作製方法。
【請求項３】
前記炭素フォイル中の前記炭素の含有割合が８０重量％であり、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方の含有割合が２０重量％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の炭素フォイルの作製方法。
【請求項４】
前記炭素フォイルは、粒径０．０２μｍ〜０．５μｍのクラスターから構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の炭素フォイルの作製方法。
【請求項５】
前記炭素フォイルをアニーリングする工程を具えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の炭素フォイルの作製方法。
【請求項６】
前記アニーリングは、真空又はアルゴンガス雰囲気中、１００℃〜１０００℃の温度で行うことを特徴とする、請求項５に記載の炭素フォイルの作製方法。
【請求項７】
前記炭素フォイルは、１８００Ｋにおいて、ビーム照射に対する耐久性を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の炭素フォイルの作製方法。
【請求項８】
前記炭素フォイルは、１８００Ｋにおいて、軽イオンビームの照射に対して耐久性を有することを特徴とする、請求項７に記載の炭素フォイルの作製方法。
【請求項９】
前記炭素フォイルは、１８００Ｋにおいて、重イオンビームの照射に対して耐久性を有することを特徴とする、請求項７に記載の炭素フォイルの作製方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一に記載の方法で作製したことを特徴とする、炭素フォイル。
【請求項１１】
前記炭素フォイルは、荷電変換用ストリッパーフォイルとして使用することを特徴とする、請求項１０に記載の炭素フォイル。
【請求項１２】
前記炭素フォイルは、耐熱性用パッキングフォイルとして使用することを特徴とする、請求項１０に記載の炭素フォイル。
【請求項１３】
前記炭素フォイルは、耐熱性用ウエンドーフォイルとして使用することを特徴とする、請求項１０に記載の炭素フォイル。
【請求項１４】
炭素に対して所定の割合でボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有するアーク放電法により形成された炭素フォイルを含み、
前記炭素フォイル中の、前記炭素の含有割合が６０重量％〜９０重量％であり、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方の含有割合が４０重量％〜１０重量％であることを特徴とする、荷電変換用ストリッパーフォイル。
【請求項１５】
前記炭素フォイル中の前記炭素の含有割合が８０重量％であり、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方の含有割合が２０重量％であることを特徴とする、請求項１４に記載の荷電変換用ストリッパーフォイル。
【請求項１６】
前記炭素フォイルは、粒径０．０２μｍ〜０．５μｍのクラスターから構成されることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の荷電変換用ストリッパーフォイル。
【請求項１７】
前記炭素フォイルは、１８００Ｋにおいて、ビーム照射に対する耐久性を有することを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一に記載の荷電変換用ストリッパーフォイル。
【請求項１８】
前記炭素フォイルは、１８００Ｋにおいて、軽イオンビームの照射に対して耐久性を有することを特徴とする、請求項１７に記載の荷電変換用ストリッパーフォイル。
【請求項１９】
前記炭素フォイルは、１８００Ｋにおいて、重イオンビームの照射に対して耐久性を有することを特徴とする、請求項１７に記載の荷電変換用ストリッパーフォイル。
【請求項２０】
炭素に対して所定の割合でボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有する蒸着源と、
前記蒸着源から前記炭素並びに前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を蒸発させ、所定の基板上に堆積させて前記炭素並びに前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含む炭素フォイルを形成するための膜をアーク放電法により形成する手段と、を具え、
前記蒸着源中の、前記炭素の含有割合が６０重量％〜９０重量％であり、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方の含有割合が４０重量％〜１０重量％であることを特徴とする、炭素フォイルの作製装置。
【請求項２１】
前記蒸着源中の前記炭素の含有割合が８０重量％であり、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方の含有割合が２０重量％であることを特徴とする、請求項２０に記載の炭素フォイルの作製装置。
【請求項２２】
前記炭素フォイルをアニーリングするためのアニーリング手段を具えることを特徴とする、請求項２０または２１に記載の炭素フォイルの作製装置。
【請求項２３】
前記アニーリング手段により、真空又はアルゴンガス雰囲気中、１００℃〜１０００℃の温度で前記炭素フォイルをアニーリングするようにしたことを特徴とする、請求項２２に記載の炭素フォイルの作製装置。
【請求項２４】
前記炭素フォイルはアーク放電法で作製し、前記蒸着源は前記炭素並びに前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含むロッドとして構成したことを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれか一に記載の炭素フォイルの作製装置。
【請求項２５】
前記アーク放電法は、ＤＣアーク放電法又はＡＣ／ＤＣアーク放電法であり、前記膜形成手段は、所定のＤＣ電源及び／又はＡＣ電源を含むことを特徴とする、請求項２４に記載の炭素フォイルの作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素フォイルの作製方法、及び炭素フォイルの作製装置に関し、さらにはこれらの方法及び装置を用いることによって得た炭素フォイル、及びこの炭素フォイルを利用した荷電変換用ストリッパーフォイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の加速器におけるイオン源の発達に伴い、高エネルギー及び高強度の重イオンビームなどに対しては、炭素フォイルは、電流を著しく大強度化した、例えば荷電変換用ストリッパーフォイルとして重要な役割を果たしている。しかしながら、前記炭素フォイルは、このようなイオンボンバードメントに対しては十分な寿命を有していない。したがって、フォイルの交換作業者の多量被爆の重大な問題が起こり、効率的な加速器の運転に際しては、前記炭素フォイルの長寿命化が望まれている。【０００３】
かかる観点より、長寿命化を目的として、種々の炭素フォイルが開発されており（非特許文献１〜５参照）、特にＡＣ放電及びＤＣ放電を制御して得た炭素フォイルにおいては、ある程度の長寿命化が達成されている（非特許文献６参照）。しかしながら、このようにして得た炭素フォイルは低エネルギーのイオンビームのみならず、８００ＭｅＶ程度の高エネルギーのイオンビームに対しても十分に使用することができなかった。また、１５００℃以上の高温度においても使用することができなかった。【０００４】
また、炭素フォイルに代えて、熱伝導の優れたダイヤモンドフォイルなども用いられるようになってきているが、このようなダイヤモンドフォイルにおいても、例えば、〜１８００Ｋで黒鉛化して直ちに破損するようになるため、イオンビームの照射に対して十分な耐久性（耐性）及び寿命を有していないのが現状である。【０００５】
【非特許文献１】I. Sugai, T. Hattori, K. Yamazaki, Nucl. Instr. And Meth. A265 (1988)376
【非特許文献２】I. Sugai, T. Hattori, H. Muto, Y. Takahashi, H. Kato, and K. Yamazaki, Nucl. Instr. And Meth. A282 (1989)164
【非特許文献３】I. Sugai, M. Oyaizu, Y. Hattori, K. Kawasaki and T. Yano, Nucl. Instr. And Meth. A303 (1991)59
【非特許文献４】I. Sugai, T. Hattori, M. Oyaizu, K. Kawasaki and H. Muto, Nucl. Instr. And Meth. A320 (1992)15
【非特許文献５】H. Muto, M. Oyaizu, I. Sugai and H. Hattori, Nucl. Instr. And Meth. 83 (1993)29
【非特許文献６】I. Sugai, M. Oyaizu, H. Kawasaki, C Ohmori, T. Hattori, K. Kawasaki M.J.Bor den and R.J.Macek, Nucl. Instr. And Meth. A362 (1995)70
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、イオンビームのエネルギーの高低に依存することなく、加速器などで使用する炭素フォイルに耐久性を付与し、長寿命化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明は、
炭素に対して所定の割合でボロンを含有する蒸着源を準備する工程と、
前記蒸着源から前記炭素及び前記ボロンを蒸発させ、所定の基板上に堆積させて前記炭素及び前記ボロンを含む炭素フォイルを形成する工程と、
を具えることを特徴とする、炭素フォイルの作製方法に関する。【０００８】
また、本発明は、
炭素に対して所定の割合でボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有する蒸着源を準備する工程と、
前記蒸着源から前記炭素並びに前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を蒸発させ、所定の基板上に堆積させて前記炭素並びに前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含む炭素フォイルを形成する工程と、
を具えることを特徴とする、炭素フォイルの作製方法に関する。【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、加速器の荷電変換用ストリッパーフォイルなどとして炭素フォイルを使用する場合、その厚さを増大させればイオンビームの照射に対して比較的高い耐久性を有するとともに、長寿命化が図れることを見出した。しかしながら、このような目的で十分に厚い炭素フォイルを作製しようとしても、従来の炭素フォイル作製方法では、十分な厚さの炭素フォイルを作製することができなかった。【００１０】
この主たる原因としては、前記炭素フォイルを作製するに際しては、所定の蒸着源を用い、この蒸着源から所定の基板上に炭素元素を堆積させて、目的とする前記炭素フォイルを作製することになるが、前記炭素フォイルの厚さが十分に厚くなると、作製途中の炭素フォイルが前記基板より剥離するようになってしまうことに起因する。例えば、ＡＣ／ＤＣアーク放電法では、炭素フォイルを基板上に厚さ１０μｇ／ｃｍ２程度に厚く形成すると、前記基板から剥離してしまい、この値以上の厚い炭素フォイルを作製することができなかった。【００１１】
かかる現状に鑑み、本発明者らは、所定の基板上に目的とする炭素フォイルを剥離することなく厚く形成する方法を見出すべく、さらなる鋭意検討を実施した。その結果、前記炭素フォイル中に所定の割合でボロンを含有させるようにすることにより、所定の基板上に、例えば１０μｇ／ｃｍ２以上の厚さで厚く形成した場合においても剥離しないことを見出した。また、前記炭素フォイルが所定の割合でボロンを含んでも、イオンビームの照射に対する耐久性に対して何らの影響を及ぼさないことを見出した。【００１２】
したがって、本発明の方法及び装置によれば、炭素フォイルに対して所定の割合でボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有させることができるので、前記炭素フォイルを十分に厚く作製することができ、イオンビームの照射に対して十分な耐久性と長寿命化とを図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、イオンビームのエネルギーの高低に依存することなく、加速器などで使用する炭素フォイルに耐久性を付与し、長寿命化を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の炭素フォイルを作製するために使用する装置の、好ましい態様を示す概略図である。
【００１５】
【図２】図２は、炭素フォイルのイオンビーム照射に対する寿命を評価するための装置の一例である。
【００１６】
【図３】図３（ａ）〜図３（ｉ）は、試験したフォイルの写真である。
【符号の説明】
【００１７】
１０  ＤＣアーク放電装置
１１  反応容器
１２  ＤＣ電源
１３  絶縁碍子
１４  電極棒
１５  基板
ＳＡ  アノード側の炭素ロッド
ＳＣ  カソード側の炭素ロッド
２０  炭素フォイルの寿命評価装置
２１  枠部材
２２  ＳｉＣ繊維
Ｓ  炭素フォイル
Ｂｓ  イオンビーム
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のその他の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。【００１９】
本発明における炭素フォイルは、炭素に加えてボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を所定量の割合で含むことが必要である。その含有割合は、本発明の目的が達成できれば特に限定されるものではないが、好ましくは前記炭素の含有割合が６０重量％〜９７重量％であって、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方の含有割合が４０重量％〜３重量％である。炭素フォイルにおける炭素並びにボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方の含有割合を、このような割合に設定することによって、前記炭素フォイルを所定の基板上に形成した場合に、前記炭素フォイルを厚く形成した場合においても、作製過程にある前記炭素フォイルの前記基板に対する密着性を向上させることができ、前記基板からの剥離を抑制することができる。【００２０】
したがって、前記炭素フォイルをより厚く作製することができ、イオンビームの照射に対する耐久性及び長寿命化を容易に達成することができるようになる。【００２１】
なお、上述した含有割合においても、特に前記炭素の含有割合が約８０重量％であって、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方の含有割合が約２０重量％であることが好ましい。この場合においては、前記炭素フォイルの厚さの増大のみならず、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有する何らかの物理的効果が作用して、前記炭素フォイルの厚さが同じであっても、イオンビーム照射による耐久性及び長寿命化を達成することができる。但し、上述した含有量の範囲であれば、多かれ少なかれ、前記ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有することによる何らかの物理的効果が出現する。【００２２】
炭素フォイルが、好ましくは上述したような組成割合を有することにより、前記炭素フォイルのボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有する効果により基板との密着性が増大し、作製過程にある前記炭素フォイルの前記基板からの剥離を抑制することができ、前記炭素フォイルの厚さを１０μｇ／ｃｍ２以上とすることができる。なお、現状においては、前述したボロンの作用効果により、前記炭素フォイルの厚さを３０００μｇ／ｃｍ２程度にまで厚くすることができる。【００２３】
なお、上記炭素フォイルは、粒径０．０２μｍ〜０．５μｍのクラスターから構成することが好ましい。このようなクラスターを含むことにより、前記炭素フォイルの、イオンビーム照射に対する耐久性及び寿命をより向上させることができるようになる。このようなクラスター状の炭素フォイルは、炭素フォイルの組成割合を上述したような好ましい範囲に設定するとともに、以下に示す好ましい作製法、具体的にはアーク放電法を用い、諸条件を調節することによって、簡易に達成することができる。【００２４】
図１は、本発明の炭素フォイルを作製するために使用する装置の、好ましい態様を示す概略図である。図１に示す装置１０はいわゆるＤＣアーク放電装置を示しており、この装置１０は、反応容器１１とＤＣ電源１２とを具えている。ＤＣ電源１２は絶縁碍子１３を介して電極棒１４に接続されている。電極棒１４の先端にはボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を所定の割合で含む炭素ロッドＳＡ及びＳＣが設けられている。なお、炭素ロッドＳＡはアノード側の炭素ロッドを意味し、炭素ロッドＳＣはカソード側の炭素ロッドを意味する。【００２５】
図１に示す装置１０を用いたアーク放電法では、最初に反応容器１１内を所定の真空度、例えば１×１０−４Ｐａ程度にまで排気する。次いで、ＤＣ電源１２から電極棒１４に対して所定の電圧を印加し、炭素ロッドＳＡ及びＳＣ間にアーク放電を生ぜしめる。この際、前記アーク放電により、炭素ロッドＳＡ及びＳＣから材料が蒸発し、この蒸発した材料が反応容器１１内に設けられた基板１５上に堆積される。この結果、基板１５上に目的とする、ボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有する炭素フォイルが作製されることになる。【００２６】
なお、アーク放電を生ぜしめている間の反応容器１１内の圧力は、例えば８×１０−３Ｐａ程度とすることができる。また、ＤＣ電源１２より電極棒１４に印加すべきＤＣ電圧の大きさは、炭素ロッドＳＡ及びＳＣの大きさや電極棒１４に使用している材料の種類などに依存し、前記アーク放電が生じるように適宜に設定する。さらに、炭素ロッドＳＡ及びＳＣの組成は、作製すべき炭素フォイルの組成に準じて設定する。【００２７】
また、図１ではＤＣアーク放電装置を用いているが、ＤＣアーク放電装置の代わりにＡＣアーク放電装置を用いることもでき、ＡＣ／ＤＣアーク放電装置を用いることもできる。【００２８】
また、本発明においては、図１に示すような装置を用いて作製した炭素フォイルに対し、アニーリング処理を施すことができる。基板上に１０μｇ／ｃｍ２以上と比較的厚く炭素フォイルを形成した場合に、前記炭素フォイルを前記基板から剥離する際にカーリングを起こし、平坦なフォイルとして得ることができない場合がある。このような場合に、前記炭素フォイルに対してアニーリング処理を施すことにより、前記カーリングの問題を回避し、平坦な炭素フォイルを簡易に得ることができる。【００２９】
このようなアニーリング処理は、真空又はアルゴンガス雰囲気中、１００℃〜１０００℃の温度で行うことができる。【００３０】
以上のようにして得た炭素フォイルは、例えば１８００Ｋ以上の温度下において使用した場合においても、イオンビームの照射に対して十分な耐久性を有し、変形や膜厚減少、さらにはピンホールの発生を抑制することができ、十分な寿命を有することができる。また、このような高温度の如何に拘らず、陽子などの軽イオンの照射、あるいはネオン、クリプトンなどの重イオンの照射に対して十分な耐久性を有し、長寿命化を図ることができる。【００３１】
上記炭素フォイルは、大強度陽子加速器、重イオン加速器、医療加速器などの荷電変換用ストリッパーフォイルや、耐熱性用パッキングフォイル、耐熱性ウエンドーフォイルなどの用途に好ましく用いることができ、特に前記荷電変換用ストリッパーフォイルなどに好ましく用いることができる。
【実施例】
【００３２】
（実施例）
本実施例においては、図１に示すようなＤＣアーク放電装置を用い、ボロン含有量が３、１０、２０、３０及び４０重量％であって、炭素含有量が９７、９０、８０、７０及び６０重量％である炭素フォイルを作製した。そして、イオンビーム照射に対する耐久性及び寿命を評価した。なお、前記炭素フォイルの厚さは、２５０μｇ／ｃｍ２及び３４０±２０μｇ／ｃｍ２とした。【００３３】
すなわち、ボロン混合炭素層を堆積するために、１００Ｖ×３００ＡのＤＣアーク電力をオン及びオフに交互に切換えて、必要な厚さを得た。真空室内のバックグラウンド圧力は、アークのオン中８×１０-3Ｐａとし、アークのオフ中１×１０-4 Ｐａとした。このように調製したストリッパーフォイルはＨＢＣフォイル（ハイブリッドボロン混合炭素ストリッパーフォイル）と称する。堆積中、ボロン混合炭素層は、５０〜６００μｇ／ｃｍ2 の範囲のフォイル厚にかかわらず、基板から剥がれない。なお、６００μｇ／ｃｍ2 の厚さを得るのには５時間を要した。【００３４】
図２は、得られた炭素フォイルのイオンビーム照射に対する寿命を評価するための装置である。図２に示す評価装置２０では、枠部材２１に対してＳｉＣ繊維２２が縦横に張り巡らされ、その間に炭素フォイルＳが挟まれて固定されるとともに、炭素フォイルＳの下方においてイオンビームＢｓが照射されるように構成されている。なお、本実施例では、イオンビームＢｓとして、３．２ＭｅＶ及び２．５±０．５μＡであって、スポット径３．５ｍｍφのＮｅ＋ＤＣイオンビームを用いた。【００３５】
寿命評価は、ヴァン・デ・グラフ加速器からの３．２ ＭｅＶで２．５±０．５μＡ、スポット径（ビームサイズ）３．５ｍｍφの２０Ｎｅ＋ＤＣビームを用い、図２に示す評価装置２０で行った。寿命は、フォイル破裂が生じるまでの単位面積あたりの総イオン電流（Ｃ／ｃｍ２）で定義される。真空度はビームオフ期間中で１×１０−４Ｐａ、照射中で６×１０−４Ｐａであった。また、弾性的に散乱されるＮｅをＳＳＤで検出することにより、フォイル厚さを観察した。炭素フォイル中の３．２ ＭｅＶ２０Ｎｅ粒子は３２０μｇ／ｃｍ２であるので、２５０μｇ／ｃｍ２よりも厚いフォイルから、散乱したＮｅ粒子のエネルギースペクトルを高精度に計測するのは、大きなエネルギーロスゆえに困難である。長いビーム照射の間、ビーム強度は極めて安定していたので、２５０μｇ／ｃｍ２よりも厚いフォイルの寿命は、入射ビーム電流強度と照射ビーム回数との積（Ｃ／ｃｍ２／ｓ）として求めた。【００３６】
本実施例では特に、合計で４枚のＨＢＣフォイルすなわち、２枚の２５０μｇ／ｃｍ２フォイルと２枚の３４０±２０μｇ／ｃｍ２フォイルについて計測を行った。【００３７】
（比較例１）
本比較例では、厚さ３５０、４３５、６８７及び７３８μｇ／ｃｍ２の４種類の多結晶ダイヤモンドフォイルを準備し、図２に示す評価装置を用いて実施例と同様にして評価した。すなわち、５枚の高品質高純度の多結晶ダイヤモンドフォイル（２枚の３５０μｇ／ｃｍ２フォイルと各１枚の４３５、６８７および７３８μｇ／ｃｍ２フォイル）についても計測を行った。これらのフォイルは、２０ｍｍ径の開口を持つ厚さ０．５ｍｍのＳｉフレームによって支持した。ダイヤモンドフォイル（ＤＭ）は、そのＳｉフレームの化学エッチングによって、Ｓｉフレーム無しでも自立できるように処理した。【００３８】
（比較例２）
本比較例では、図１に示すようなＤＣアーク放電装置を用い、ボロンを含有しない炭素フォイル（ＣＭフォイル）の形成を試みた。しかしながら、約１５０μｇ／ｃｍ２の厚さにおいて、作製過程にある炭素フォイルが基板から剥離してしまい、実施例で示すような比較的厚い炭素フォイルを形成することができなかった。そこで、市販されている厚さ約２００，３００，４００および５００μｇ／ｃｍ２のＣＭフォイルを比較例として寿命評価した。フォイル厚さは、α線厚さゲージによって計測した。寿命を評価した結果は表１に示す通りであった。【００３９】
【表１】
0005309320.tif 000002
【００４０】
この評価の結果、本実施例で得た炭素フォイルは平均で３８００ｍＣ／ｃｍ２の寿命を示し、特に、炭素８０重量％及びボロン２０重量％の炭素フォイルにおいて８１００ｍＣ／ｃｍ２の高寿命を示した。また上記ダイヤモンドフォイルの平均寿命は６５ｍＣ／ｃｍ２であり、最大で９７ｍＣ／ｃｍ２の寿命を呈することが判明した。【００４１】
実施例及び比較例２から明らかなように、本願発明に従ってボロンを含む炭素フォイルは十分厚く作製することができ、これに伴ってイオンビーム照射に対して長寿命を呈することが判明した。【００４２】
また、実施例及び比較例１から明らかなように、ボロン含有炭素フォイルは、同じような厚さのダイヤモンドフォイルと比較して、約２桁の大きさで長寿命化が達成されていることが判明した。【００４３】
図３は、８１００ｍＣ／ｃｍ2 まで寿命が延びたＨＢＣフォイルのビーム照射前（ａ）と、２５００ｍＣ／ｃｍ2 までのビーム照射後（ｂ）と、８１００ｍＣ／ｃｍ2 までのビーム照射後（ｃ）とで撮影した写真である。図３（ｄ〜ｆ）は、ビーム照射前のダイヤモンドフォイルの表面アスペクト（ｄ）、６０ｍＣ／ｃｍ2 までのビーム照射後であるが破裂する前（ｅ）及び９７ｍＣ／ｃｍ2 で破裂した後（ｆ）を示す。ＣＭフォイルの写真も図３に示し、ビーム照射前（ｇ）、１０ｍＣ／ｃｍ2 までのビーム照射後（ｈ）及び２２ｍＣ／ｃｍ2 で破裂した後（ｉ）である。これら試験したフォイルの温度は、ビーム照射中に約１７００Ｋであった。【００４４】
なお、上記実施例では特に上述していないが、ボロンの代わりにボロンカーバイドを用いた場合、あるいはボロンとボロンカーバイドとを混合して用いた場合においても、同様の結果を得ることができた。【００４５】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
かくして本発明の方法及び装置によれば、炭素フォイルに対して所定の割合でボロン及びボロンカーバイドの少なくとも一方を含有させることができるので、炭素フォイルを十分に厚く作製することができ、これにより、イオンビームのエネルギーの高低に依存することなく、加速器などで使用する炭素フォイルに耐久性を付与し、長寿命化を図ることができるようになる。【００４７】
すなわち本発明によれば、次世代の高出力加速器のための、高い耐久性を持つ厚いボロン混合炭素ストリッパーフォイル（ＨＢＣフォイル）を実現できる。この新規なＨＢＣフォイルとダイヤモンドフォイルとＣＭフォイルとの寿命評価の結果は、この厚いＨＢＣフォイルは、８１００ｍＣ／ｃｍ２と特に長い寿命を示し、これはＣＭフォイルと比較して、少なくとも最大で３６８倍長く、平均で１７２倍長いものであった。このＨＢＣフォイルは、長い照射の間、１８００Ｋの温度でさえ、如何なる縮みも見られず、また２０％未満という低い厚さ減少率を示した。ダイヤモンドフォイルの寿命はそのフォイル厚さに依存して、最大で９７ｍＣ／ｃｍ２、平均で６５ｍＣ／ｃｍ２であった。これらの値は、ＣＭフォイルと比較してそれぞれ４．４倍および３．０倍長いものであった。ダイヤモンドフォイルは、〜１８００Ｋの温度で構造がダイヤモンドから黒鉛に変化することにより破裂する。それゆえその寿命は、フォイルの温度に強く依存する。ＣＭフォイルの寿命は、２２ｍＣ／ｃｍ２に過ぎなかった。このＨＢＣフォイルは、制御されたＤＣアーク放電法によって作られ、この方法は、広い厚さ範囲をカバーする。この方法はまた、単純で、再現生産可能であり、２００μｇ／ｃｍ２を越える厚さのフォイルの生産を保障する。そしてこの方法で生産されたフォイルは、高エネルギーの高強度イオンビームの照射に起因する高温度に対して高い耐久性を示す。かくしてこのフォイルは、高出力加速器においてのみならず、ターゲット支持フォイルとしても使用することができる。
【図１】
0005309320.tif 000003
【図２】
0005309320.tif 000004
【図３】
0005309320.tif 000005